RESEARCH ON IMPERFECTION SENSITIVE REGION OF SINGLE-LAYER LATTICED DOMES

The concept of the imperfection sensitive region is given. The advanced stochastic imperfection method is used to research the imperfection sensitive region of single-layer latticed domes. Taking a K6 single-layer latticed dome with a diameter of 50 m as an example, its imperfection sensitive region is made up of the first 12 kinds of joints. The influence of the imperfections of support joints on the stability of the K6 single-layer latticed dome is negligible. Influences of the joint imperfections of the main rib and the secondary rib on the structural stability are similar. The initial deviations of these joints all greatly lower the critical load of the dome. Results show that the method can analyze the structural imperfection sensitive region quantitatively and accurately.

Geometrical nonlinear stability analyses of cable-truss domes

The nonlinear finite element method is used to analyze the geometrical nonlinear stability of cable truss domes with different cable distributions. The results indicate that the critical load increases evidently when cables, especially diagonal cables, are distributed in the structure. The critical loads of the structure at different rise span ratios are also discussed in this paper. It was shown that the effect of the tensional cable is more evident at small rise span ratio. The buckling of the structure is characterized by a global collapse at small rise span ratio; that the torsional buckling of the radial truss occurs at big rise span ratio; and that at proper rise span ratio, the global collapse and the lateral buckling of the truss occur nearly simultaneously.

单层球面网壳的弹塑性稳定性

为了解和掌握单层球面网壳在静力荷载作用下的弹塑性稳定性能,采用有限元软件ANSYS及自编的前后处理程序对典型单层球面网壳结构稳定性能进行对比分析,初步了解了球面网壳弹性与弹塑性稳定性能的主要差异。在此基础上进行了1000余例K8型单层球面网壳弹性、弹塑性全过程分析,同时考虑竖向均布荷载的不对称分布、初始几何缺陷等因素对球面网壳稳定性能的影响,掌握了以上因素变化对球面网壳弹塑性稳定性能的影响规律,并将其定量化。最后,通过对弹性、弹塑性稳定极限承载力的统计分析,提出适用于K8、K6型球面网壳的塑性折减系数,用以表示材料非线性对极限承载力的影响。这些成果的获得为进一步开展网壳结构的弹塑性稳定性能研究以及工程实践提供了理论依据和技术参考。

单层球面网壳结构弹塑性稳定性能研究

有计划地针对六种实际尺寸的常用单层球面网壳结构,利用ANSYS软件及自编的前后处理程序进行了3200余例网壳双重非线性全过程分析。求得网壳的弹塑性极限承载力,系统地考察了初始缺陷和荷载不对称分布,支承条件等因素对单层球面网壳结构弹塑性稳定性能的影响,着重研究考虑材料非线性后网壳极限承载力的变化规律。通过这种大规模参数分析研究,较全面了解单层球面网壳结构的弹塑性稳定性能,为实际工程设计提供了理论依据和设计参考。

弯曲型支撑框架结构的临界荷载与临界支撑刚度研究

框架剪力墙体系是一种普遍采用的支撑体系 ,在高层建筑中表现为弯曲型特性 .在刚性模型分析和大量有限元计算结果的基础上 ,建立了弯曲型支撑刚度与框架临界荷载的简单关系式 ,得到了无侧移框架临界支撑刚度的表达式 .方法简单易用 ,同时计算结果与有限元分析符合得很好 .计算表达式可以作为结构稳定性设计中区别有侧移框架和无侧移框架的标准 ,也可用于非完全支撑框架临界荷载的计算 ,对于高层、超高层建筑的支撑设计和结构稳定计算具有重要意义 .

碗式半刚性节点网壳弹塑性稳定分析

碗式节点(Socket-joint)具有一定的抗弯承载力,是一种典型的半刚性节点,也是一种新型的大跨空间结构节点形式.为能够较准确地得出碗式节点的弯矩-转角曲线,使用有限元软件ANSYS对其进行数值模拟,研究了碗式节点的弯曲刚度特征,得到节点的弯矩-转角曲线.在此基础上,研究了40m的K8型半刚性节点的单层球面网壳的弹塑性稳定性能,分析了网壳在矢跨比,节点的弯曲刚度,网壳分频数等参数变化的情况下,网壳极限承载力的变化规律.通过参数分析,较为全面掌握了碗式半刚性节点单层球面网壳的稳定性能.

单层球面网壳的抗震性能分析

网壳结构抗震性能分析是网壳抗震领域研究的重要内容,其进展可大大深化人们对现有结构在地震作用下可能发生破坏的认识,同时也会为进一步的机理研究及抗震设计打下坚实的基础.鉴于以上原因,以抗震问题相对突出的单层球面网壳为研究对象,通过数值方法模拟网壳在强震下的动力响应,对结构抗震性能展开了深入细致的研究.采用了当前国际通用的大型有限元软件ABAQUS,通过变换矢跨比、屋面质量、杆件截面、初始缺陷及地震输入等参数进行了大规模的计算,在对临界荷载、破坏模式等性能指标进行统计分析的基础上得出了矢跨比是网壳抗震性能最重要的影响因素等一系列有意义的结论,加深了现有对网壳结构抗震性能的认识.

K 6型单层球面网壳的弹塑性稳定

本文有计划地对1200余例实际尺寸的K 6型单层球面网壳进行了双重非线性全过程分析,求得了它们的极限承载力,系统地考察了初始缺陷和荷载不对称分布等因素对网壳性能的影响,并重点讨论了材料非线性对网壳极限承载力的影响.通过这种大规模参数分析研究,较全面了解了K 6型单层球面网壳弹塑性稳定性能的规律,在此基础上对以往仅考虑几何非线性的网壳极限稳定承载力实用公式进行了修正.

单层网壳结构稳定性分析的随机缺陷模态迭加法

根据几何非线性有限元理论,结合单层网壳结构的随机缺陷概率模型,提出了基于Timeshenko梁理论的网壳结构稳定性随机缺陷模态迭加法.推导建立空间Timeshenko梁单元的几何非线性切线刚度矩阵方程,在特征值屈曲分析基础上,建立结构缺陷模态参与系数的概率模型,采用Monte Carlo法对具有随机缺陷的结构进行稳定承载力分析,进而提出了单层网壳结构稳定性随机缺陷模态迭加法.算例分析表明,该法克服了已有传统方法随机变量过多的局限,可精确识别出结构失稳的最不利缺陷模式,获得最不利缺陷分布下的稳定承载力,并可对结构屈曲的全过程进行跟踪分析,具有良好的计算精度和计算效率.

K8型单层球面网壳的弹塑性稳定

对1 200多例实际尺寸的K8型单层球面网壳进行双重非线性全过程分析,求得它们的极限承载力,并系统考察初始缺陷和荷载不对称分布等因素对网壳稳定性能的影响,重点讨论材料非线性对网壳极限承载力的影响。通过这种大规模参数分析研究,较全面揭示K8型单层球面网壳弹塑性稳定性能的规律性,在此基础上对以往仅考虑几何非线性影响的K8型网壳极限承载力实用公式进行修正。

大矢跨比单层球面网壳弹塑性稳定性研究

为全面认识大矢跨比球面网壳的弹塑性稳定性能，利用ANSYS软件及自编的前后处理程序，有计划地针对132例矢跨比为1／4～1／2的大矢跨比K8型单层球面网壳进行弹性、弹塑性稳定性能分析，并对其中典型算例的塑性发展状况进行了全过程跟踪分析．考察网壳的屈曲模态，分析初始几何缺陷、矢跨比，材料非线性对网壳弹塑性极限承载力的影响．结果表明：大矢跨比情况下，初始几何缺陷的存在会导致网壳的极限承载力降低50％，材料非线性对极限承载力的影响也明显大于常用矢跨比情况，塑性折减系数达到0．4，网壳极易发生提前失稳．建议适当提高大矢跨比球面网壳的稳定性验算安全系数．

施威德勒穹顶弹塑性稳定性能研究

通过有计划地对400余例实际尺寸的施威德勒型单层球面网壳进行双重非线性全过程分析,求得网壳的极限承载力,系统地考察了初始缺陷和荷载不对称以及考虑材料非线性等因素对网壳稳定性能的影响,较全面了解了施威德勒型单层球面网壳弹塑性稳定的规律性,为此类网壳结构的工程实践提供了理论依据和设计参考。并得出以下几点结论:(1)为保证网壳的安全性,网壳的极限承载力应由双重非线性全过程分析确定。(2)施威德勒穹顶属于缺陷敏感性结构。(3)竖向荷载不对称分布对网壳极限承载力影响较小。(4)工程设计中应适当考虑支承条件变化对网壳极限承载力的影响。

肋环斜杆型球面网壳弹塑性稳定特性

为掌握肋环斜杆型球面网壳的弹塑性稳定特性,利用ANSYS软件有计划地对430余例实际尺寸的肋环斜杆型单层球面网壳进行了双重非线性全过程分析,求得结构的极限承载力,系统地考察了初始缺陷、荷载不对称分布、支承条件以及材料非线性等因素对网壳稳定性能的影响,并与弹性分析结果进行了对比分析.通过大规模参数分析研究,较全面了解肋环斜杆型单层球面网壳弹塑性稳定的规律性,统计了肋环斜杆型单层球面网壳的材料非线性折减系数,为此类网壳结构的工程实践提供了理论依据和设计参考.

短程线型球面网壳弹塑性稳定性分析

有计划地对480余例实际尺寸的短程线型单层球面网壳进行了双重非线性全过程分析,求得了极限承载力,系统地考察了初始缺陷和荷载不对称分布等因素对网壳稳定性能的影响,并重点讨论了材料非线性对极限承载力的影响。通过大规模参数分析研究,较全面了解了短程线型单层球面网壳弹塑性稳定性能;在短程线型网壳弹性极限承载力公式基础上,利用塑性折减系数对其进行修正,提出了短程线型单层球面网壳弹塑性极限稳定承载力的实用计算公式。

抑制屈曲支撑的稳定研究

抑制屈曲支撑体系是一种机敏的减震支撑体系,介绍了抑制屈曲支撑研究的发展和基本概念,进行了抑制屈曲支撑的整体稳定研究,推导了有初弯曲的抑制屈曲支撑的临界荷载和挠曲方程,以及在内核上的分布荷载的β参数和与β参数相关的参数。

柱间防屈曲支撑网壳结构强震失效控制研究

对钢支承柱间设置防屈曲支撑的网壳结构开展灾变控制研究。首先在网壳结构的支承钢柱间设置防屈曲支撑,系统地考察防屈曲支撑对网壳结构失效特征响应的影响规律,通过对比不同支撑体系时结构的全过程响应,得到防屈曲支撑的灾变控制效果;通过对典型算例的统计归纳,得到柱间设置防屈曲支撑的网壳结构三种失效模式,提出通过合理选取防屈曲支撑截面面积的方式达到控制结构失效模式的目的;最后,通过大规模的参数分析,讨论防屈曲支撑的设计参数以及结构参数对网壳结构强震失效特征的影响,并提出应用防屈曲支撑时参数的合理取值技术。

风吸力下蒙皮支撑Z形檩条临界荷载的简化计算方法

檩条在实际应用中总是受到屋面板对它的侧向支撑和扭转约束作用,即蒙皮支撑作用。工程设计时考虑风吸力下蒙皮对檩条的支撑作用能够有效降低经济成本,但是目前我国有关规范给出的设计算法过于复杂,极大地降低了工程设计效率。引入经典的有限元模型,采用参数分析方法,讨论了檩条腹板高厚比、檩条翼缘宽厚比、檩条侧向长细比、蒙皮对檩条的扭转约束刚度4种参数对风吸力下Z形檩条弯扭屈曲临界荷载的影响。在参数分析的基础上,提出了一个考虑蒙皮支撑作用的风吸力作用下Z形檩条临界荷载简化计算公式。对比简化公式算法与我国门式刚架规程算法,发现两种方法计算结果非常接近,且与有限元分析结果相近,验证了公式的准确性。简化算法过程和形式简单,能高效准确地获得蒙皮支撑的Z形檩条在风吸力作用下的临界承载力,可提高工程设计效率。

屈曲约束支撑在轴压力下整体稳定分析

根据屈曲约束支撑(BRB)的工作状态,推导了屈曲约束支撑(BRB)的临界荷载公式,并根据我国的钢材特性提出了保证屈曲约束支撑(BRB)整体稳定的计算方法。

广州新电视塔细腰段横向水平支撑有效性研究

广州新电视塔采用的是钢结构外框筒和钢筋混凝土核心筒组成的筒中筒结构体系,整个结构外框筒细长、细腰及扭腰。在中部细腰段区域(约160m高度),原结构方案在内外筒之间不设置任何横向水平支撑,这将导致细腰段区域的稳定承载力非常低下。因此,在细腰段设置几道横向水平支撑,使结构既安全又经济便成为一个主要的研究问题。首先应用有限元方法进行风荷载工况下塔体的整体弹性屈曲分析,然后将细腰段作为一个结构单元,考察在设置不同道支撑的条件下细腰段区域外框筒结构的弹性稳定性能和弹塑性稳定承载力,以全面评价横向水平支撑设置的有效性。

风荷载下单层球面网壳弹塑性动力失效破坏研究

考虑了风荷载的时间和空间相关性,建立了单层球面网壳结构在三维风荷载下动力响应的有限元模型,研究了风荷载下单层球面网壳的动力失效破坏临界风速、屈曲位移形态、塑性发展分布等特征响应。分析了风荷载空间相关性、初始几何缺陷、支承形式以及矢跨比等因素对结构在风荷载下动力失效破坏性能的影响。对比了风荷载下静、动力分析时的失效破坏临界风速,结果显示,单层球面网壳在动力失效破坏临界风速远小于其静风情况下的临界风速值。